КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер проекта 24-17-00333

НазваниеГидроэкологическая безопасность озер: гидрохимия, экологические риски, пути оптимизации в условиях антропогенного пресса и изменений климата (на примере оз. Котокель, Прибайкалье)

Руководитель Гармаев Ендон Жамьянович, Доктор географических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук , Республика Бурятия

Конкурс №92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-708 - Гидрология и водные ресурсы

Ключевые слова водные ресурсы, оз. Котокель, экотоксиканты, антропогенная нагрузка, экологическое состояние, экологические риски, ГИС, гидроэкологическая безопасность

Код ГРНТИ87.19.00, 34.35.51, 70.03.07


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на решение проблемы разработки научных основ обеспечения гидроэкологической безопасности (ГЭБ) водных объектов в условиях антропогенного пресса и изменений климата. Наряду с речным стоком и запасами подземных вод, воды озёр играют значимую роль в водном хозяйстве страны, являясь одним из важнейших видов поверхностных водных ресурсов. Озера характеризуются замедленным водообменом и способны накапливать загрязняющие вещества, превращаясь в источники опасности для живых организмов и человека. Существующие программы мониторинга водных объектов в силу ряда причин не способны в полной мере провести оценку происходящих в них изменений, актуального экологического состояния и возможных экологических рисков. Наряду со «старыми» поллютантами, такими как ПАУ, ПХБ, тяжелые металлы, в последние годы отмечается появление ксенобиотиков «нового поколения», к которым относят: фармацевтические препараты, ароматизаторы, синтетические поверхностно-активные вещества, фталаты и др. Еще одной серьезной проблемой во всем мире является микропластик, широко распространенный в водной среде. При этом, очевидно, что на содержание токсикантов в поверхностных водах влияют не только точечные и диффузные источники, но и гидрологический режим водного объекта. Перенос загрязняющих веществ в зависимости от гидроклиматических условий и последующее воздействие на качество поверхностных вод остаются малоизученными, особенно в отношении озерных экосистем. На основании вышеизложенного, оценка состояния водных объектов и выработка соответствующих мероприятий является системной задачей, основанной на принципах текущей оценки воздействия на экологическое состояние водного объекта. На территории Западного Забайкалья расположен ряд крупных и мелких озер, при этом, особое внимание научной общественности направлено на озеро Котокель, поскольку: является третьим по площади после озер Хубсугул и Гусиное в бассейне оз. Байкал, относится к аккумулятивным водоёмам с замедленным водообменом, расположено в 2-3 км от оз. Байкал и связано с ним. В 2008 г. на озере произошла вспышка Гаффской болезни. Тем не менее, в настоящее время озеро пользуется популярностью и подвержено высокой антропогенной (рекреационной) нагрузке. Таким образом, оз. Котокель является важным объектом, имеющим высокую социально-экономическую значимость, и представляет собой репрезентативную и доступную водную экосистему – модельный объект для разработки рекомендаций по обеспечению ГЭБ озер. Целью настоящего проекта является разработка рекомендаций по обеспечению гидроэкологической безопасности озер (на примере оз. Котокель) в условиях антропогенного пресса и изменений климата на основе гидрохимических и гидрологических исследований. Научная новизна исследований заключается в установлении пространственно-временных закономерностей распределения экотоксикантов и микропластика в компонентах экосистемы озера. Впервые на основе гидрохимических, гидрологических и метеорологических данных будет проведена оценка современного экологического состояния оз. Котокель. По результатам выполнения проекта будут разработаны научные основы обеспечения гидроэкологической безопасности озер. При принятии управленческих решений в сфере природопользования, для осуществления рациональной хозяйственной деятельности и обеспечения устойчивого развития, важное значение будут иметь цифровые базы данных, содержащие актуальные сведения о химическом составе и гидрологическом режиме, а также уровнях текущих антропогенных нагрузок.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В отчетном году были проведены 4 комплексные гидрологические и гидрохимические экспедиции на оз. Котокель в разные сезоны года. Для уточнения морфометрических характеристик озера был проведен анализ материалов беспилотной и космической съемки и уточнены границы водосборного бассейна оз. Котокель. Площадь бассейна составляет 183,4 км2, в том числе площадь водного зеркала озера – 66,6 км2 и площадь острова Монастырский в восточной части акватории озера – 2,3 км2. Береговая линия озера в среднем составляет 43 км. Оценка изменения морфометрических характеристик озера в разные фазы показала, что при высокой водности затапливаются пляжные зоны на 5-20 м. В результате прямых промеров глубин отмечено хорошее соответствие полученных данных с существующими топографическими и батиметрическими картами, однако обнаружены локальные понижения донного рельефа, не отмеченные на топографических картах. Впервые был проведен ретроспективный анализ гидрологических и гидрохимических данных по оз. Котокель за последние 40 лет. Установлена более сильная взаимосвязь уровня оз. Котокель (0,61, р <0,05) с уровнем Байкала нежели с количеством осадков на территории водосборного бассейна (0,38, р <0,05), что может быть обусловлено гидравлической связью водоносных горизонтов трещинных вод Байкальской гидрогеологической складчатой области. Показано, что сезонная и многолетняя динамика химического состава вод определяется уровенным режимом озера и степенью развития фитопланктона, массовое развитие которого в маловодные годы приводит к значительному повышению рН, мутности, содержания Робщ. Выявлена тенденция к накоплению в воде сульфатов в многолетнем аспекте. В многоводные годы происходит затопление прибрежных территорий, приводящее к поступлению органических веществ и повышению в озерных водах концентраций нитритов, фосфатов и трудноокисляемого органического вещества. Содержания и пространственно-временные распределения тяжелых металлов в оз. Котокель характеризуются высокой неравномерностью, особенно для железа, марганца, цинка и никеля. Наибольшие их концентрации отмечаются в подледный период. Из 31 определенного в ходе исследования показателя 15 с различной частотой превышали российские нормы ПДК для рыбохозяйственных водоемов. Для подледного периода была характерна загрязненность по таким показателям как растворенный кислород, Fe, Mn, Zn, в летний период – рН, Робщ. Необходимо отметить, что для оз. Котокель характерна устойчивая загрязненность трудноокисляемыми (ХПК) и легкоокисляемыми (БПК) органическими веществами, состав которых к настоящему времени был мало изучен. Впервые детально изучено содержание 6 приоритетных эфиров фталиевой кислоты (ЭФК) в воде оз. Котокель. Суммарное содержание 6 ЭФК изменялось от 0,25 до 29,08 мкг/л со средним значением 4,61 мкг/л, доминирующими фталатами во всех пробах являлись ДБФ и ДЭГФ. Среднее содержание суммы фталатов зимой и весной было в 2-3 раза выше, чем летом и осенью. В образцах снежного покрова с прибрежной территории озера суммарное содержание фталатов находилось в пределах 3,55-6,27 мкг/л, в профиле преобладали ДЭГФ (до 4,54 мкг/л) и ДБФ (до 1,28 мкг/л). Более высокие концентрации фталатов во все сезоны года были приурочены к прибрежной зоне в северной и южной частях озера, где располагаются населенные пункты и действующие турбазы. Впервые изучен профиль ПАУ и СОЗ в воде озера. При исследовании выявлено, что доминирующими ПАУ были аценафтен, нафталин и его гомологи, флуорен и фенантрен. Среди СОЗ наибольшие концентрации отмечены для α-, β-, γ- и δ-ГХЦГ, с преобладанием α-ГХЦГ, обнаруженном во всех пробах воды. Содержание ДДТ и его метаболитов (ДДД и ДДЭ) в зависимости от точки отбора составляло 0,20-1,16 нг/л с наибольшими концентрациями в точках вблизи населенных пунктов. Суммарное содержание ПХБ в воде озера Котокель варьировало от 0,39 до 1,68 нг/л, в среднем составляя 0,74 нг/л, в основном они были представлены конгенерами, содержащими от трех до шести атомов хлора. Результаты исследования донных отложений оз. Котокель показали высокую пространственную и временную неоднородность по содержанию ТМ и ЭФК. Наибольшие содержания ТМ наблюдались вблизи населенных пунктов и турбаз, а также в пределах разрывных нарушений северо-восточного простирания. Для илистых отложений с высоким содержанием органического вещества в центральной и южной частях озера характерно накопление меди. Корреляционные связи содержания органического вещества с другими ТМ были значительно слабее. Распределение ЭФК в донных отложениях озера также характеризуется значительной пространственной неоднородностью и зависит как от физико-химических свойств самих донных отложений, которые во многом определяют их сорбционные свойства, так и от наличия локальных источников загрязнения, что особенно проявляется в загрязнении береговой линии озера Котокель. Проведен предварительный скрининг содержания микропластика (МП) в пробе воды, отобранной методом траления с помощью сети Манта в юго-западной части озера. Обнаружено 117 частиц пластика, при этом содержание МП составило 94,6 %. По форме в общей выборке частиц МП волокна составили 91,9 %, пленка – 6,3%, фрагменты – 1,8%. Большинство частиц (84,7%) имели размер от 20 мкм до 1,4 мм. В исследуемой пробе преобладали (59,5%) прозрачные и белые частицы. Третью цветовую группу по частоте встречаемости составили зеленые частицы (25,2 %). С использованием индексов качества воды (российских УКИЗВ и ПАНб, международных NSF-WQI и CCME WQI), а также индексов трофического состояния (индекс Карлсона CTSI и TRIX) показано, что для оз. Котокель характерно ухудшение качества воды и повышение трофности в летний и осенний периоды, в подледный период наихудшим качеством характеризуются придонные слои воды. Полученные в ходе выполнения этапа проекта данные систематизированы и аккумулированы в ГИС и будут использованы в дальнейшем для оценки, прогнозирования геохимических процессов и разработки рекомендаций по гидроэкологической безопасности озера.

 

Публикации

1. Ширеторова В.Г., Никитина В.Г., Тараскин В.В., Базарсадуева С.В., Будаевва О.Д., Пинтаева Е.Ц., Гармаев Е.Ж. Ретроспективный анализ качества вод озера Котокель с использованием комплексного базового показателя антропогенной нагрузки ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСГРАНИЧНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА В НОВЫХ ГЕОПОЛИТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ, Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 300-летию Российской академии наук, 130-летию Троицкосавско-Кяхтинского отделения Приамурского отдела Императорского Русского географического общества и 50-летию Байкало-Амурской магистрали. Улан-Удэ, 2024. С. 205-209 (год публикации - 2024)
10.31554/978-5-7925-0665-7-2024-1-210

2. Гармаев Е.Ж. Озеро Котокель — противоречивое и загадочное Научно-популярный журнал "Мир Байкала", Озеро Котокель — противоречивое и загадочное: [беседа] / Е.Ж. Гармаев // Мир Байкала. – 2024. – № 4 (84). – С. 26-29. (год публикации - 2024)


Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 г. были проведены комплексные гидрологические и гидрохимические экспедиционные исследования, позволившие дополнить массив данных, с целью установления механизмов и закономерностей трансформации веществ и объективной оценки современного экологического состояния оз. Котокель с учетом изменяющихся гидрологических и климатических условий. Уточнена батиметрическая карта озера. С использованием инструментов ДЗЗ изучены температуры поверхностного слоя воды озера Котокель (2001–2024 гг.), установлены ряды сроков ледовых явлений, а также проведена оценка вариаций хлорофилла в оз. Котокель. Визуальный анализ композита выявил отчетливую дифференциацию озера на южную и северную часть – в южной части NDCI заметно выше, чем в северной, что верифицировано в ходе натурных исследований (лабораторная оценка хлорофилла а). Впервые выполнено детальное исследование содержания растворенных форм тяжелых металлов (ТМ) в оз. Котокель. Отмечена высокая неоднородность содержаний металлов в акватории озера более выраженная в подледный период для Mn и Zn, и, не зависящая от сезона, для Fe, Cu, Cr и Ni. В подледный период были отмечены наибольшие содержания Mn, Zn и Cu и наименьшие – Fe, Cr и Ni, что может быть связано с их различным геохимическим поведением и источниками поступления. Для первой группы высока вероятность мобилизации зимой из илистых отложений и подземных вод, для второй – поступление с талыми и дождевыми водами, несущими продукты выветривания горных пород и органическое вещество почв с водосбора. Корреляционный и МГК анализ показали определяющее влияние сезонных изменений физико-химических условий и интенсивности развития биологических процессов на содержание ТМ. Впервые была проведена оценка текущего состояния степени загрязненности вод и донных отложений озера Котокель ТМ и связанного экологического риска. Поскольку водный и химический баланс оз. Котокель, как элемента гидрогеологической системы, тесно связан с поверхностным стоком, атмосферными осадками и подземными водами, нами был проведен химический анализ ручьев, снеговых и интерстициальных вод, а также воды из скважин населенных пунктов на побережье. Впервые установлено, что поступление фтора, железа, марганца и цинка преимущественно происходит с поверхностным и подземным стоком, а биогенных веществ – с талыми и грунтовыми водами. Загрязненные грунтовые воды разгружаются непосредственно в озеро, что подтверждается составом интерстициальных вод заплесковой зоны, и наиболее заметно вблизи источника постоянной антропогенной нагрузки – пос. Котокель. При исследовании фталатов установлено, что общая концентрация фталатов (Σ6ЭФК) в 2025 г. варьировала от 0,02 до 21,25 мкг/л, со средним значением 4,14 мкг/л (медиана 2,78; стандартная ошибка 0,38). Концентрации ЭФК показали значительные сезонные колебания (р <0,05): наибольшая концентрация, варьировавшая от 0,64 до 21,25 мкг/л (среднее 7,52 мкг/л), наблюдалась летом, наименьшая – осенью (0,02-5,23; среднее 0,87 мкг/л). Также наблюдались значимые различия по сезонам в исследуемые годы. В результате анализа пробы льда и снега, отмечены достаточно высокие концентрации ДЭГФ (до 5,62 мкг/л), ДМФ (до 1,26 мкг/л) и ДЭФ (до 0,42 мкг/л), которые по большей части превышали выявленные концентрации в воде, что свидетельствует о вкладе атмосферных осадков в загрязнение акватории озера данными фталатами. Был проведен анализ воды ручьев, впадающих в озеро (некоторые из них в летний период пересыхают). При исследовании донных отложений установлено широкое варьирование суммарного содержания фталатов (от 0,40 до 43,76 мг/кг) в исследуемый период. Полученные результаты показали пространственно-временную изменчивость содержаний отдельных фталатов, обусловленную не только их физическими свойствами, но и степенью их использования и устойчивостью к деградации. Анализ пространственной изменчивости содержания фталатов не выявил четкой динамики накопления фталатов в какой-либо части акватории. Учитывая, что ДЭГФ и ДБФ, которые преобладали в воде озера Котокель, токсичны, обладают способностью к биоаккумуляции и обнаруживаются в высоких концентрациях, необходимы дополнительные исследования для определения их уровня в организмах и соответствующей оценки токсичности для биоты. Кроме того, с увеличением количества микропластика в окружающей среде токсичные органические загрязнители (такие как ЭФК) будут попадать в водоем. Поэтому необходимы дополнительные исследования влияния различных факторов окружающей среды на высвобождение ЭФК из микропластика. Впервые дана характеристика микропластикового загрязнения оз. Котокель и показано, что загрязнение распространено по площади акватории неравномерно, и связано с природными и антропогенными факторами. Основной формой среди идентифицированных частиц и в воде, и в донных осадках были волокна. Вывялена закономерность в распределении МП разного размера между двумя средами с преобладанием более крупных частиц в поверхностных водах МП по сравнению с ДО. Были обнаружены различные типы полимеров, такие как полиэтилентерефталат, полиэтилен, полипропилен, полиамид и поливиниловый спирт, что свидетельствует о разнообразии источников загрязнения. При этом основным типом пластика и в воде, и в ДО озера был полиэтилентерефталат. Учитывая интенсивную рыболовную деятельность и высокий поток туристов на озеро, деградация рыболовных снастей и свалки мусора могут являться основными источниками микропластикового загрязнения. Полученные на данном этапе данные о загрязнении MП и связанном с ним риске послужат бэкграундом для будущих исследований динамики загрязнения МП оз. Котокель. Продолжено формирование базы данных в системе ГИС и проведена предварительная оценка и прогнозирование геохимических процессов в озере. Результатом исследований является опубликование заявленного по проекту количества статей в журналах: опубликовано 2 статьи (WoS, Scopus, Q1 и Q4), и 2 статьи (WoS, Scopus, Q1 и Q3) приняты для публикации.

 

Публикации

1. Ширеторова В.Г., Никитина Е.П., Базарсадуева С.В., Тараскин В.В., Будаева О.Д., Нимбуева Н.Б., Ширапова Г.С., Пинтаева Е.Ц., Жигжитжапова С.В., Раднаева Л.Д., Гармаев Е.Ж. Current State of Lake Kotokel (Eastern Cisbaikalia, Russia): Hydrochemical Characteristics, Water Quality, and Trophic Status Water, Water 2025, 17, 545. https://doi.org/10.3390/w17040545 (год публикации - 2025)
10.3390/w17040545

2. Ширеторова В.Г., Никитина Е.П., Базарсадуева С.В., Нимбуева Н.Б., Будаева О.Д., Тараскин В.В., Пинтаева Е.Ц., Раднаева Л.Д., Гармаев Е.Ж. Assessment of Dissolved Heavy Metal Pollution and Ecological Risk in the Waters of Lake Kotokel (Eastern Cisbaikalia, Russia) Limnology and Freshwater Biology, №  4. -  P.  1062-1082. (год публикации - 2025)
10.31951/2658-3518-2025-A-4-1062

3. Базарсадуева С.В., Никитина Е.П., Франк Ю.А., Тараскин В.В., Коновалова Л.А., Гармаев Е.Ж. Microplastic Contamination of Surface Water and Sediments in Lake Kotokel (Eastern Cisbaikalia) Microplastics, 5, 4. (год публикации - 2025)
10.3390/microplastics5010004

4. Ширеторова В.Г., Никитина Е.П., Базарсадуева С.В., Нимбуева Н.Б., Тараскин В.В., Гармаев Е.Ж. Содержание тяжелых металлов в воде и донных отложениях оз. Котокель (Восточное Прибайкалье) VIII Международная Верещагинская Байкальская конференция, 8–14 сентября 2025 г., г. Иркутск, Россия: тезисы докладов и стендовых сообщений / ЛИН СО РАН. – Иркутск : Издательство ИГУ, 2025., VIII Международная Верещагинская Байкальская конференция, 8–14 сентября 2025 г., г. Иркутск, Россия: тезисы докладов и стендовых сообщений / ЛИН СО РАН. – Иркутск : Издательство ИГУ, 2025. – с. 624-625 (год публикации - 2025)

5. Коновалова Л.А., Базарсадуева С.В., Никитина Е.П., Тараскин В.В., Гармаев Е.Ж Первые результаты исследования содержания микропластика в воде озера Котокель (Восточное Прибайкалье) VIII Международная Верещагинская Байкальская конференция, 8–14 сентября 2025 г., г. Иркутск, Россия: тезисы докладов и стендовых сообщений / ЛИН СО РАН. – Иркутск : Издательство ИГУ, 2025., С. 306-307 (год публикации - 2025)